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生物煉製是利用農業廢棄物、植物基澱粉、木質纖維素等生物基原料,生產各種化學品、燃料和生物基材料的過程。根據近來研究開發的不同情況。[1]

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3種系列

:①木質纖維素煉製:用自然界中乾的原材料如含纖維素的生物質和廢棄物作原料;②全穀物煉製:用穀類或玉米作原料;③綠色煉製:用自然界中濕的生物質如青草、苜蓿、三葉草和未成熟穀類作原料。生物煉製大幅擴展可再生植物基原材料的應用,使其成為環境可持續發展的化學和能源經濟轉變的手段。

信息簡介

高級生物煉製已被設想作為新型生物產業的基礎。通過開發新的化學、生物和機械技術,生物煉製大幅擴展可再生植物基原材料的應用,使其成為環境可持續發展的化學和能源經濟轉變的手段。美國國家再生能源實驗室(U.S. National Renewable Energy Laboratory, NREL)將生物煉製定義為以生物質為原料,將生物質轉化工藝和設備相結合,用來生產燃料、電熱能和化學產品集成的裝置。隨着原油及天然氣價格地不斷上揚,生物基原料的競爭優勢愈發顯現。據統計,1995年美國玉米價格約為2美元/bu(蒲式耳) (1bu=35.24L, 下同)、原油為2.8美元/ft3(1ft3=28.3L,下同)、天然氣為2.8美元/kft3,而2005年則分別為2美元、6.8美元和7美元。從價格比較看,玉米將成為重要的生物基原料。多數專家分析認為,礦物基原材料價格將長期居高不下。

研究情況

未來的生物煉製將是生物轉化技術和化學裂解技術的組合,包括改進的木質纖維素分級和預處理方法、可再生原料轉化的反應器優化設計、合成、生物催化劑及催化工藝的改進。由木質素纖維制工業乙醇的生物煉廠正在開發上述技術,乙醇將成為高級生物煉製的主產品。 根據美國生物質規劃,能源部將在2010年建成第一座基於農業廢棄物的大規模綜合性生物煉廠。 1999年成立的生物質加工應用聯合體(CAFI)是政府投資的合作研究計劃,重點是纖維素生物質的預處理技術開發,如Auburn大學的氨水循環預處理技術、達特茅斯學院 (Dartmouth College)的水和稀酸水解逆流和直流系統、密歇根大學的氨纖維裂解預處理技術、普渡大學(Purdue University)的可控制pH預處理技術及德克薩斯農業機械大學 (Texas A&M University)的石灰預處理技術等。 在生物質(如玉米秸稈)轉化為生物基產品如乙醇的過程中,纖維素酶的費用占據重要位置。90年代後期,生產每加侖(1加侖=3.785L)乙醇所用纖維素分解酶的費用為5美元,而2003~2004年酶轉化費用僅為原來的1/10,生產每加侖乙醇所需酶的費用降低到50美分。 高級煉製技術已成為學術界、政府部門和產業界的研究重點,美國能源部和農業部從2000年起共同投資支持創新性高級生物煉製項目如:

  • 綜合玉米生物煉製:用玉米(包括秸稈、外皮、葉和玉米芯)作原料,生產燃料和增值化學品。2005年7月已製得所需要的酶,性能達到計劃目標。
  • 以木質纖維素生物質為基本原料生產糖,進一步轉化為燃料(如乙醇)和化學品(乳酸)。
  • 美國玉米種植者協會正在組織一個生物煉製項目,將玉米纖維進行分離,生產燃料和化學品。
  • 建立1座新型生物質轉化中試工廠,開發新型澱粉和生物質加工工藝技術,提高乙醇收率。

當前歐洲也在開發生物煉製技術,奧地利、丹麥、德國、冰島和瑞士等國都在進行基礎性生物煉製技術的研究開發。荷蘭於2003年開始一項4年的研發計劃,內容是開發木質纖維素原料向乙醇、乳酸以及電力和熱能轉化的技術,該項目是由產業部門和研究機構合作進行的。歐盟委員會於2003年投資BREW計劃,研究用可再生原料生產大宗化學品和化學中間體的應用生物技術。此項研究提出了一個有關技術建議的整體方案,涉及環境、經濟效益及相關風險,由化學工業和研究機構的專家組成的工作組研究並提出未來10~20年甚至更長時期的發展建議。

參考文獻